برج خنک کننده هیبریدی(Hybrid Cooling tower)

برج خنک کننده هیبریدی(Hybrid Cooling tower)

 

 

چگونه می توانیم مصرف آب برج خنک کن را کم کنیم؟

راه صرفه جویی آب در کولینگ تاور چیست؟

برای مناطق خشک سیستم سرمایشی مناسب است؟

آیا می توان از بخار آب خروجی از Cooling tower مجددا استفاده کرد؟

میزان کاهش مصرف آب در برج خنک کننده هیبریدی چقدر است؟

قیمت کولینگ هیبریدی چقدر است؟

پاسخ این سوالها همگی به گونه ای با مفهوم برج خنک کننده هیبرید در ارتباط است. به همین دلیل، در این مطلب سعی کردیم توضیحات فنی و اقتصادی مناسب در مورد برج های خنک کن کم مصرف هیبریدی و هوا خنک خدمت شما عزیزان ارائه کنیم.

هیبرید به چه معنی است؟

بهتر است اول از همه با مفهوم واژه هیبرید(Hybrid) آشنایی بیشتری پیدا کنیم. هیبرید در لغت به معنی ترکیب دو یا چند روش و یا رویکرد متفاوت، با هدف بهبود راندمان و عملکرد کلی مجموعه و بهره بردن از مزیتهای هر روش است. به عنوان مثال خودرو یا ماشین هیبریدی ترکیبی از موتور احتراق داخلی و باتری است. با ترکیب این دو روش، یک وسیله نقلیه هیبرید می تواند مسافت بیشتری نسبت به انواع بنزینی یا برقی طی کند و در عین حال آلایندگی بسیار کمتری نیز دارد.

در برج خنک کن، روش هیبرید با ترکیب دو حالت هوا خنک و آب خنک، باعث کاهش مصرف آب کولینگ می شود.

مدل سه بعدی کولینگ تاور هیبریدی فلزی (سیستم هیبرید مدار بسته)

در حالت کلی برج های خنک کننده از لحاظ نحوه خنک کردن آب به سه گروه تقسیم می شوند:

کولینگ تاور خشک

کولینگ تاور تر یا خیس

کولینگ تاور هیبرید

.1 برج خنک کن خشک

کولینگ تاور هلر بتنی نیروگاهی(Dry Cooling tower)

این نوع برج خنک کن صرفا با گردش جریان هوا کار می کنند و تبخیر آب در روند خنک کاری آنها تاثیری ندارد. نمونه قابل توجه این گروه را می توان در سیستم خنک کاری نیروگاه مشاهده کرد. در این نوع Cooling tower آب از داخل رادیاتور در قسمت پایینی بدنه رد شده، و اختلاف فشار بین دهانه بالایی برج خنک کن و قسمت پایینی، موجب ایجاد جریان هوا و خنک شدن سیال(آب) داخل رادیاتور می گردد. البته در برخی نمونه های این نوع برج خنک کن، برای افزایش شدت جریان هوا از فن نیز استفاده می گردد. باید توجه داشت که فرم مخروطی بتونی کولینگ تاور نیروگاهی دلیل بر خشک بودن آنها نیست و در برخی موارد این نوع برجهای خنک کن از آب برای سرد کردن استفاده می کنند که این مطلب را از بخار خارج شده از بالای کولینگ می توان فهمید. مشکل این نوع برج های خنک کن محدودیت در کاهش دمای سیال و دمای بالای آب خروجی در تابستان است. برای مثال اگر شما بخواهید دمای کولینگ واتر را از 40 درجه به 30 درجه سانتیگراد برسانید، استفاده از سیستم هوا خنک در بیشتر شهرهای   امکانپذیر نیست.

2 – برج خنک کننده تر (مرطوب)

  Wet Cooling tower

در این نوع برجهای خنک کن ، آب خنک کاری پس از پاشش از طریق نازل ها به داخل دستگاه، بر اثر تبخیر سطحی دچار کاهش دما می شود. باید در نظر داشت که برج خنک کن تر، متداول ترین نوع کولینگ تاور بوده و در اکثر صنایع از آنها استفاده می شود. مزیت استفاده از کولینگ آب خنک، کاهش قابل ملاحظه دمای Cooling water و نیز مصرف برق کمتر آنها است. توجه داشته باشید که به صورت کلی زمانی که صحبت از کولینگ تاور یا برج خنک کننده می شود، منظور برج خنک کن خیس(Wet cooling tower) است.

 

3- برج خنک کن هیبرید (کولینگ تاور کم مصرف)

  Hybrid Cooling Tower

برج خنک کن هیبرید یا دو گانه(Hybrid cooling tower)، ترکیبی از برج خنک کننده خشک و کولینگ آب خنک است که در زمان اوج گرما از تبخیر آب، و در سایر موارد از هوای محیط برای سرمایش سیستم استفاده می کند.

مزیت اصلی برج خنک کن هیبرید، کاهش قابل توجه مصرف آب متوسط سالیانه است. با استفاده از کولینگ تاور هیبریدی، می توانید بین 40تا 80 درصد، بصورت متوسط در تامین آب میک-آپ، صرفه جویی کنید.

البته برج خنک کن هیبرید هزینه اولیه ساخت بالاتری دارد و در عین حال ابعاد آن بزرگتر از کولینگ تاور مدار بسته و مدار باز می باشد.

روش کاهش مصرف آب در کولینگ تاور هیبرید بدین ترتیب است که سیال یا آبی که نیاز به سرد شدن دارد، ابتدا به بخش بالایی کولینگ تاور(کویل هوا خنک) وارد می شود. در این بخش آب یا سیال مورد نظر، ابتدا در کویل ها و توسط هوای محیط تا حدی خنک می شود. این مرحله از کاهش دما در بسیاری از فصول سال کمک میکند تا درصد خنک کاری مورد نیاز توسط تبخیر تا حد قابل توجهی کم شود.

پس از گذر آب از مبدل هوایی، سیال به قسمت پایینی برج خنک کن هیبرید منتقل می گردد و توسط نازل بر روی پکینگ پاشیده می شود. در نهایت تا رسیدن دمای سیال به دمای ایده آل، تبخیر سطحی موجب خنک شدن آب خواهد شد.

نکته بسیار مهم در برج های خنک کننده هیبرید این است که در فصول پاییز، زمستان و بهار، درصد قابل توجهی از انتقال حرارت و سرمایش توسط سیستم هوا خنک انجام می شود و به همین خاطر مصرف آب سالیانه Hybrid Cooling tower نسبت به سایر مدل های کولینگ تاور کمتر است.

نیاز کمتر به آب که برج خنک کن هیبرید گزینه مناسبی برای مناطق نسبتا خشک باشد که امکان تامین آب در آنها بسیار دشوار است. در حقیقت برج خنک کننده کم مصرف هیبریدی، میزان تبخیر آب را کنترل کرده و تا جای ممکن با استفاده از سیستم هوا خنک، دمای کولینگ واتر را کم می کند. تولید و ساخت کولینگ تاور هیبرید نیازمند آشنایی با علم مکانیک سیالات و انتقال حرارت بوده و انجام شبیه سازی و محاسبات اولیه در آن بسیار مهم است.

برج خنک کننده هیبرید برای چه دما و شرایطی مناسب است؟

این یک سوال کلیدی و بسیار مهم در بخش امکان سنجی(Feasibility study of cooling tower) است. کولینگ هیبرید بیشترین راندمان خود را زمانی دارد که اولا اختلاف دمای ورودی و خروجی یعنی رنج و همچنین مقدار اپروچ زیاد باشد. برای مثال اگر دمای ورودی برج 50 درجه، دمای خروجی مورد نظر 35 درجه و وت بالب حدود 20 درجه باشد، شرایط برای استفاده از Hybrid cooling tower مناسب است.

اما در مثال دیگری اگر دمای آب ورودی به کولینگ تاور 35 درجه، دمای آب خروجی 29.5 درجه سانتیگراد و دمای حباب تر در حدود 25 درجه باشد، استفاده از کولینگ هیبریدی توجیه اقتصادی ندارد و صرفه جویی قابل توجهی در مصرف آب اتفاق نمی افتد.

به این خاطر بهتر است قبل از اقدام به خرید، طرح امکان سنجی و نیاز سنجی برای استفاده از هایبرید کولینگ تاور با همکاری یک مشاور تهیه کنید و ببینید آیا برج هایبرید برای کاربری مورد نظر شما مناسب است یا خیر؟

مقدار صرفه جویی آب مورد نیاز در کولینگ هیبرید

هدف اصلی ساخت برج خنک کن Hybrid، کم کردن مصرف آب سالیانه است. اما بعضی از مشاور ها و پیمانکاران، در مورد مقدار کاهش مصرف آب سیستم هیبریدی اغراق می کنند تا مشتری بیشتری جذب کنند. واقعیت این است که  ، مقدار صرفه جویی مصرف آب در Hybrid cooling tower و در یک سال تقریبا بین 40 الی 80 درصد خواهد بود. تغییرات دقیق کاهش مصرف آب برج خنک کننده دوگانه، با توجه به دمای آب ورودی و خروجی و وت بالب(wet bulb) محاسبه می شود.

حداکثر مقدار صرفه جویی در مصرف آب در برج خنک کن هیبریدی چقدر است و به چه روشی انجام  می شود؟

برای کاهش مصرف آب در کولینگ تاور های هیبریدی، معمولا اعدادی بین 40 تا 80 درصد بیان می شود. البته این مقدار صرفه جویی در مصرف متوسط سالیانه آب است. اگر شرایط عملکرد شما به گونه ای باشد که نیاز به کاهش مصرف آب به مقداری بیشتر از 50 درصد داشته باشید  دیگر استفاده از سیستم هیبرید عادی امکان پذیر نیست. پیشنهاد ما در این شرایط بکار گرفتن سیستم هیبرید ترکیبی است که امکان صرفه جویی آب بیشتر از 50 درصد در طول سال را هم فراهم می کند.

انواع مختلف برج خنک کننده هیبرید

برج هیبرید را می توان به سه دسته مختلف تقسیم کرد. این سه دسته با توجه به نحوه کارکرد کولینگ تاور، طبقه بندی می شود. ارزانترین نوع که کمترین مقدار صرفه جویی در مصرف آب را هم دارد، سیستم کولینگ هایبرید مدار باز است. در این مدل، قسمت بالای برج تعدادی کویل هوا خنک دارد که پس از رد شدن آب از آنها، نهایتا بر روی فیلینگ ها پاشیده می شود. مقدار کاهش مصرف آب در این سیستم (هیبرید مدار باز)، بین 20 تا 40 درصد نسبت به متوسط مصرف سالیانه است.

نوع دوم برج خنک کن هیبرید مدار بسته است. در این مدل از کولینگ تاور آب پس از عبور از کویل هوا خنک، وارد کویل های آب خنک می شود که روی آن آب پاشیده خواهد شد. صرفه جویی در مصرف آب این نوع کولینگ تاور بین 30 تا 50 درصد است.

جدیدترین و کاملترین نوع کولینگ هیبریدی، برج خنک کن آدیاباتیک است که می تواند تا حدود 80 درصد از مصرف آب متوسط سالیانه را کاهش دهد. این سیستم برای پروژه هایی مناسب خواهد بود که در مناطق خشک   اجرا شده اند.

بازیابی بخار خارج شده از برج خنک کننده با مولکولارسیو  از تخیل تا واقعیت

توضیح مهم : اخیرا و با افزایش توجهات به حوزه مدیریت آب، شرکت های بسیاری شروع مطالعه در خصوص روش های کاهش مصرف آب نموده اند و در این میان عده ای مدعی شده اند که با به دام انداختن قطرات آب می توان مصرف آب برج خنک کننده را کاهش داد. در خصوص این ادعا کافی است ابتدا به نمونه های مشابه این روش در جهان مراجعه نمود که تقریبا هیچ نمونه عملیاتی و اقتصادی از دستگاه بازیافت آب برج خنک کننده که بر روی فن استک نسب می شود در دنیا وجود ندارد. دلیل این مساله درصد بسیار پایین قطرات معلق در بخار آب است که به نسبت آب تبخیر شده بسیار ناچیز است (0.003 الی 0.0001 آب در گردش)

در عین حال زمانی که آب به صورت بخار در آمده و با گرفتن حرارت از محیط، وارد فاز گاز می شود، با فیلتر کردن بخار آب نمی توان آن را به حالت مایع بر گرداند و تنها می توان با سرد کردن مجدد بخار ، آن را به حالت آب در آورد. در این حالت انرژی لازمه برای سرد کردن و کندانس بخار برابر با همان میزان گرمایی است که برج خنک کننده از آب موجود در سیستم گرفته است و اگر بخواهیم مجددا بخار را سرد نماییم عملا مجموعه سیستم برج خنک کننده کار آیی نخواهد داشت و بهتر بود از ابتدا از چیلر استفاده میشد.

توجه به این نکات کمک می نماید که در مقابل ادعاهای غیر منطقی در خصوص به تله انداختن بخار آب با مولکولار سیو(Molecular sieve) و برگرداندن آن به کولینگ تاور بدون صرف انرژی، استدلال مناسبی داشته باشیم.

مجددا تاکید می کنیم که مناسبترین و رایج ترین روش کاهش مصرف آب برج خنک کننده، استفاده از کولینگ تاور هیبریدی به همراه سیستم هوشمند است.